تعيين و مدل‏سازي شرايط بهينه كاتاليتيكي آنزيم بتاگلوكاناز باسيلوس سابتيليس B5d

Determination and modeling the optimum conditions of beta glucanase Bacillus subtilis B5d activity with potential used as feed additive

مقدمه: اندوبتا1و4 گلوكاناز ميكروبي از جمله آنزيم هاي كليدي در تجزيه گلوكان است. در ميان باكتري ها، گونه هاي مربوط به جنس باسيلوس يكي از منابع اصلي توليد كننده گلوكانازهاي صنعتي هستند. هدف پژوهش حاضر، با توجه به تأثير متقابل شاخص هاي محيطي بر خواص كاتاليتيكي آنزيم ها، بررسي توانايي توليد آنزيم بتاگلوكوناز توسط سويه بومي باسيلوس سابتيليس B5d جدا شده از فيلوسفر باغات سيب و تعيين شرايط بهينه كاتاليتيكي آن است مواد و روش ها: در بررسي حاضر، پتانسيل توليد آنزيم بتاگلوكاناز از جدايه باسيلوس B5d به روش كيفي تاييد شد. جدايه ياد شده با روش هاي بيوشيميايي و مولكولي شناسايي شد . تعيين شرايط بهينه فعاليت آنزيم بتاگلوكوناز توليدي توسط باسيلوس سابتيليس B5d به روش سطح پاسخ و با استفاده از طرح مركب مركزي انجام شد. متغيرهاي مورد بررسي شامل دما ( 20 تا80 درجه سانتي گراد ) ٬ اسيديته ( 5/3 تا 8) و غلظت سوبسترا ( 1/0 تا 1 درصد) بودند. نتايج: مطالعات بيوشيميايي و مولكولي مبتني بر ژن 16 S rDNA نشان داد كه جدايه ياد شده به گونه باسيلوس سابتيليس متعلق است. بر اساس نتايج به دست آمده از طرح مركب مركزي، مدل درجه دوم مناسب ترين مدل براي پيش بيني فعاليت آنزيم بتاگلوكاناز در دامنه دمايي، اسيديته و غلظت سوبستراي مورد بررسي تعيين شد. همچنين، نتايج بهينه سازي فعاليت آنزيم نشان داد كه بتاگلوكوناز توليد شده توسط سويه B5d اپتيمم فعاليت كاتاليتيكي را در دامنه اسيديته 5/5 تا 7و دماي 50 تا 65 درجه سانتي گراد و غلظت بالاي سوبسترا داراست. اگرچه در دماهاي 80 و 20 درجه سانتي گراد و همچنين، غلظت هاي كم سوبسترا فعاليت آنزيم كاهش مي يابد. نتايج تعيين صحت مدل حاصل از بهينه سازي به روش سطح پاسخ مطابقت خوبي را بين اعداد پيش بيني شده توسط مدل و داده هاي واقعي نشان داد. بحث و نتيجه گيري: با توجه به ويژگي هاي بهينه كاتاليتيكي، آنزيم بتاگلوكاناز توليد شده توسط باسيلوس سابتيليس B5d قابليت كاربرد در صنايع خوراك دام و طيور را داراست .

Introduction: Microbial beta; 1, 4 glucanase is one of the key enzymes in glucan hydrolysis. Among bacteria, Bacillus species is a main source for industrial glucanse production. According to interaction between environmental factors on the enzymatic catalytic properties, in this study the potential of beta;glucanase production by native strain B. subtilis B5d isolated from apple phyllosphere orchards and determination and modeling the optimum conditions of enzyme activity was surveyed. Materials and methods: In this study, the potential of beta;glucanase production by B. subtilis B5d was confirmed using qualitative method. The B. subtilis B5d isolate was identified through biochemical and molecular methods. Determination of optimum condition for beta glucanase activity was evaluated by response surface method and Central Composite Design. Investigated variables included temperature (20 80 deg;C), pH (3.5 8) and concentration of substrate (0.1 1%). Results: According to the molecular and biochemical analysis, the strain B. subtilis B5d belonges to B.subtilis species. Based on the Central Composite Design results, the quadratic model was the most suitable model for predicting beta;glucanase activity in experimental temperature, pH and substrate concentration range. Furthermore, the optimization of enzyme activity showed that the beta;glucanase produced by strain B5d has highest catalytic activity at pH (5.5 7) and temperature (50 65deg;C) and the high concentration of lechinan. However, the enzyme activity is reduced in 80 and 20 deg;C as well as low concentration of substrate. Validation test of the prediction model of optimization obtained by response surface methodology showed a good agreement between experimental and predicted data. Discussion and conclusion: According to the optimum catalytic characteristics, the beta;glucanase produced by B. subtilis B5d has a potential to be used as a feed additive.